三維石墨烯-碳納米管復合結構熱導率的分子動力學模擬

于澤沛，馮妍卉，2，馮黛麗，2，張欣欣，2

（1 北京科技大學能源與環境工程學院，北京100083； 2 北京科技大學冶金工業節能減排北京市重點實驗室，北京100083）

引 言

隨著電子技術的不斷發展，電子元器件體積不斷縮小，而其工作頻率及集成度卻在不斷提高，這就對電子元器件的散熱提出了更高的要求。電子元器件的散熱方式主要是通過導熱介質將熱傳遞給散熱器，并通過進一步的風冷或者水冷的形式對散熱器進行散熱。而如何提高電子元件與散熱器之間的散熱效率，尋找高效的導熱介質，使得電子元件能夠穩定高效長時間的工作，成為當今研宄的熱點[1-10]。

碳材料是一類具有優良傳熱等特性的材料[11]，而碳納米管及石墨烯是其中更具代表性的材料，自問世以來，這兩種材料因具有極其優良的傳熱特性引起了學術界的廣泛關注[12-15]。但是由于這兩種材料的熱導率具有明顯的各向異性，所以其應用得到了很大限制。2008 年Froudakis 等[16]首次提出三維石墨烯-碳納米管復合結構結構(3D graphene-CNT hybrid structure, GCHs)，并探究其在氫氣儲存領域的應用。這種結構不僅彌補了石墨烯及碳納米管在傳熱方向機械特性的弱勢，還兼顧了二者的優良傳熱特性。隨后大量學者針對這種結構開展不同領域的探索和研究[17-23]。

2013 年，Park 等[20]研究了GCHs 的傳熱特性，研究結果表明此三維納米結構具有良好的面內熱導率和法向熱導率。Loh 等[24]研究表明長波長法向聲子模式對GCHs 熱傳導貢獻顯著。此外，Loh 等[25]使用分子動力學方法研究了GCHs 機械應變對界面處聲子動力學的影響。……